Assessment of Auto-Ignition Tendency of Gasoline, Methanol, Toluene and Hydrogen Fuel Blends in Spark Ignition Engines

Tim Franken, Lars Seidel, LC Mestre Gonzalez, Krishna Prasad Shrestha, Andrea Matrisciano, Fabian Mauss

First published: 8 September 2020
https://hal.science/hal-03573870

Abstract

State of the art spark ignited gasoline engines achieve thermal efficiencies above 46 % e.g. due to friction optimized crank trains, high in-cylinder tumble flow and direct fuel injection. Further improvements of thermal efficiency are expected from lean combustion, higher compression ratio and new knock-resistant fuel blends. One of the limitations to these improvements are set by the autoignition in the end gas, which can develop to knocking combustion and severely damage the internal combustion engine. The auto-ignition is enhanced by high cylinder gas temperatures and reactive species in the end gas composition. Quasi-dimensional Stochastic Reactor Model simulations with detailed chemistry allow to consider the thermochemistry properties of surrogates and complex end gas compositions. Based on the detailed reaction scheme and surrogate model, an innovative tabulated chemistry approach is utilized to generate dual-fuel laminar flame speed and combustion chemistry look-up tables. This reduces the simulation duration to seconds per cycle, while the loss in accuracy compared to solving the chemistry “online” is marginal. The auto-ignition events predicted by the tabulated chemistry simulation are evaluated using the Detonation Diagram developed by Bradley and co-workers. This advanced methodology for quasi-dimensional models evaluates the resonance between the shock wave and reactionfront velocity from auto-ignition in the end gas and determines if it is a harmful developing detonation or normal deflagration. The aim of this work is to evaluate the auto-ignition characteristics of different fuel blends. The Stochastic Reactor Model with tabulated chemistry is applied to perform a numerical analysis of the autoignition of the fuel blends and operating conditions. Experimental measurements of a single cylinder research engine operated with RON95 E10 fuel are used to train and validate the simulation model. The RON95 E10 fuel is blended with Methanol, Hydrogen and Toluene. The knock tendency based on the evaluation of auto-ignition events of the different fuel blends are analysed for three operating points at 1500 rpm 15 bar IMEP, 2000 rpm 20 bar IMEP and 2500 rpm 15 bar IMEP with advanced spark timings.

Read more

Privacy Policy & Cookie Settings 

We use cookies to provide you with the best possible content and functionality on our website. We also use cookies for analysis purposes. 

Go to the Privacy Policy and Cookie Settings. 

Agree with allOnly allow necessary cookies

Privacy policy & Cookie settings 

Please note that technically necessary cookies must be set in order to maintain the functionality of our website, as described in our privacy policy. We only use cookies for analysis purposes with your consent. Further details, in particular regarding the storage period and recipients, can be found in our privacy policy. You can adjust your selection in the cookie settings. 

PHP Sitzung
Das Cookie PHPSESSID ist für PHP-Anwendungen. Das Cookie wird verwendet um die eindeutige Session-ID eines Benutzers zu speichern und zu identifizieren um die Benutzersitzung auf der Website zu verwalten. Das Cookie ist ein Session-Cookie und wird gelöscht, wenn alle Browser-Fenster geschlossen werden.
Google Maps
Google Maps ist ein Karten-Dienst des Unternehmens Google LLC, mit dessen Hilfe auf unserer Seite Orte auf Karten dargestellt werden können.
YouTube
YouTube ist ein Videoportal des Unternehmens Google LLC, bei dem die Benutzer auf dem Portal Videoclips ansehen, bewerten, kommentieren und selbst hochladen können. YouTube wird benutzt um Videos innerhalb der Seite abspielen zu können.
Vimeo
Vimeo ist ein Videoportal des Unternehmens Vimeo, Inc., bei dem die Benutzer auf dem Portal Videoclips ansehen, bewerten, kommentieren und selbst hochladen können. Vimeo wird benutzt um Videos innerhalb der Seite abspielen zu können.
Google Analytics
Google Analytics installiert die Cookie´s _ga und _gid. Diese Cookies werden verwendet um Besucher-, Sitzungs- und Kampagnendaten zu berechnen und die Nutzung der Website für einen Analysebericht zu erfassen. Die Cookies speichern diese Informationen anonym und weisen eine zufällig generierte Nummer Besuchern zu um sie eindeutig zu identifizieren.
Matomo
Matomo ist eine Open-Source-Webanwendung zur Analyse des Nutzerverhaltens beim Aufruf der Website.